Dans le traitement de la pollution chimique de l’eau, les procédés d’oxydation avancée (POA), comparés aux procédés physiques, biologiques et chimiques traditionnelles, se sont avérés plus efficaces pour l’élimination des polluants organiques. En effet, les POA produisent des espèces hautement réactives comme les radicaux SO4•, OH• et l’oxygène singulet 1O2, à partir de divers peroxydes tels que le peroxymonosulfate (PMS) ou le persulfate (PS). Ces espèces réactives permettent une destruction totale des polluants organiques présents dans l’eau. Le PMS ou le PS peut être activé par différentes approches, par exemple une augmentation de la température, une irradiation UV, l’ajout d’un métal de transition, l’ajout d’une source d’électrons, ou l’ajout d’un catalyseur carboné (carbocatalyseur). Les carbocatalyseurs, tels que les nanotubes de carbone, le graphène et le carbone poreux, sont souvent utilisés dans l’activation du persulfate, à cause de leur grande surface spécifique et de leur grande capacité d’adsorption. De plus, l’activité de ces catalyseurs peut être améliorée par le dopage de la matrice carbonée avec des hétéroatomes (N, S, B, P). Ce dernier, simple à réaliser, engendre des défauts ponctuels qui vont améliorer les capacités d’adsorption et/ou les performances catalytiques des catalyseurs. Par ailleurs, plusieurs travaux ont montré que les carbocatalyseurs co-dopés, comparés aux mono-dopés, présentent de meilleures performances catalytiques, à cause de l’effet coopératif et synergique des deux types d’hétéroatomes. Cependant, ces derniers, obtenus par l’ajout de réactifs externes à base d’hétéroatomes, se sont avérés peu efficaces, à cause de la lixiviation des hétéroatomes au cours du processus catalytique.

Dans un article récent publié dans Applied Catalysis B : Environmental, une équipe de l’Institut des Sciences des Matériaux de Mulhouse et une équipe du Laboratoire Matériaux et Environnement de l’Université Ibn Zohr (LME/ Université Ibn Zohr, Agadir, Maroc), ont développé de nouveaux carbocatalyseurs synergiques à double dopage d’hétéroatomes N/S pour la dégradation des polluants organiques présents dans l’eau. Ces catalyseurs non métalliques ont été obtenus, sans rajout de sources externes d’hétéroatomes, par un procédé de synthèse monotope, consistant tout d’abord à préparer des copolymères polyaniline-co-polythiophene (PANI-co-PTh), puis à les carboniser et les encapsuler dans des billes d’hydrogel d’alginate de sodium. Ces carbocatalyseurs, à double dopage d’hétéroatomes N/S, se sont révélés plus efficaces que leurs homologues mono-dopés pour éliminer et dégrader totalement, et sans aucun apport d’énergie lumineuse externe, des polluants organiques présents dans les systèmes aquatiques comme l’Orange G, la Rhodamine B, et le Bisphénol A.

Prochaines étapes…

L’utilisation des procédés d’oxydation avancés (POA) dans le traitement de de la pollution chimique des milieux aquatiques est un domaine de recherche scientifique émergent, qui a donné lieu à un grand nombre de publications scientifiques au cours des dernières années. Les résultats obtenus montrent que l’efficacité énergétique de ces procédés dépend du type de catalyseur utilisé, et nous ont permis de comprendre les mécanismes réactionnels. Les carbocatalyseurs co-dopés d’hétéroatomes et encapsulés dans des billes d’hydrogel d’alginate de sodium sont dispersibles dans l’eau, et régénérables. Ces catalyseurs se sont révélés les plus efficaces dans la dégradation des polluants organiques en milieu aquatique, et peuvent donc être applicables à grande échelle.

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